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胡友珏等： 溶液法Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 压电薄膜极化工艺研究３ ６ ５溶液法Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 压电薄膜极化工艺研究＋胡友旺１’ ２， 郇彦２’ ３， 刘雅言３， 贾宏光１， 吴一辉１（ １． 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室。 吉林长春１３０ ０ ３３；２． 中国科学院研究生院， 北京１０ ０ ０ ３９ ； ３． 中国科学院长春应用化学研究所， 吉林艮春１３０ ０ ２２）摘要： 在分析了Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 加热极化时其中单个偶极子的受力基础上， 建立了Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜加热极化的理论模型， 谊模型的分布基本符合玻尔兹曼分布且形式简单， 为进一步研究Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜的极化机理提供了合理而简单的理论模型。 在Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 的极化实验中， 分别改变极化温度、 电场强度、 极化时间等条件， 系统地研究了它们对压电常数ｄ 。 的影响。 实验结果表明， 本文的理论模型能较好的解释极化温度、 极化电场强度对ｄ 。 。的影响， 在对极化实验的设计和加深对Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 极化原理的理解等方面均有指导意艾。关键词： Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ ｑ 极化； 理论模型； 极化条件； 压电常数中图分类号： Ｔ Ｑ ３２４ ． ８文献标识码： Ａ文章编号： １００１—９７ ３１（ ２００６ｌ增刊一０３６５—０４ｌ引言与传统压电功能材料相比， Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ （ 聚偏氟乙烯：ｐ ｏ ｌｙ ｖ ｉｎ ｙ ｌｉｄ ｅ ｎ ｅｆ ｌｕ ｏ ｒ ｉｄ ｅｐ ｏ ｌｙ ｍ ｅｒ）压电薄膜具有压电效应强、 重量轻、 柔性好、 声阻抗低、 可以加工成特定形状和用普通胶粘合等突出的优点， 因此是近年来发展较快的一种新型高分子敏感和换能材料， Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜在压力传感器、 测振器、 水听器、 光学、 新型电池等方面均具有广阔的应用前景““］。目前Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜传统的极化工艺是将滚压成膜的Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜经过拉伸、 极化形成压电特性。 这是因为Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜主要有两种晶型， 即ａ 相和ｐ 相， 其中ａ相晶体不具有压电性， 但Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜经过滚压、 拉伸后， 薄膜中原来的ａ 相晶体会变成８ 相晶体结构， 增加了ｐ 相的成分比例。 由于现实的薄膜由非晶区和微晶区构成， 而且多数微晶区的极化方向是随机的， 所以整体薄膜不具有自发极性； 通过极化处理， 使微晶区的极化方向有序， 从而是整个薄膜具有了自发极化性。传统的拉伸极化工艺具有工艺成熟、 效率高等优点， 但是它不适合厚度。 ＜ ３０ Ｍ ｍ ）Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 压电薄膜的制作， 而且工艺相对复杂｝较大的厚度决定了拉伸极化法制作的Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 压电薄膜具有较大的阻尼， 使薄膜难以具有高频响应， 限制了薄膜在高频率领域的应用。此外， 由于Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ 领域中的许多微结构的尺寸小、 结构强度低， 很难将已极化后的Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜很好的粘接在微结构上， 实现Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 压电功能材料在Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ 领域的应用， 而溶液法极化Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜可以通过先将压电薄膜制作在微结构上再进行极化的方式， 直接将Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜固定在微结构上， 克服难以粘接的缺点。本文在分析Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 加热极化工艺原理的基础上， 尝试建立了Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜加热极化的理论模型， 并在该模型的基础上， 研究了不同极化条件对极化常数ｄ 。 的影响。 为实现Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 压电薄膜在Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ 领域的广泛应用奠定了基础。２工艺实验方法２ ． １样品制备采用美国Ａ Ｒ Ｋ Ｅ Ｍ Ａ 公司的Ｋ Ｙ Ｎ Ａ ＲＡ Ｄ Ｓ 粉末，其成分为Ｐ （ Ｖ Ｄ Ｆ － Ｔ Ｆ Ｅ —Ｈ Ｆ Ｐ ）， 其熔点为（ ９ ０ ± ３）℃。量取适量Ｎ ， Ｎ 一二甲基甲酰胺作为溶剂， 一边搅拌， 一边放人Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 粉末， 使Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 完全均匀溶人溶剂中，使其混合均匀， 溶解充分， 并用超声振荡驱除其中的气泡， 再用细孔无纺纱布过滤， 过滤消除其中的“团溶” ；放人真空烘箱中， 抽气减压， 进一步消除其中的气泡；取一片表面镀有电极的硅片（ 或玻璃）， 在其上滴上Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 溶液， 用不同的转速旋涂， 使硅片表面涂有一层薄的Ｐ ｖ Ｄ Ｆ 溶液， 溶液层的厚度可以通过旋转速度的不同来调节， 在本文的实验中， Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 的厚度约为３０ ９ ｉｎ ； 再将带有Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜的硅片放人真空烘箱里，抽真空使溶液和硅片之问的气泡逸出， 并进一步消除Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 中的气泡， Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜和基底紧密结合， 形成均匀致密的Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜； 然后将薄膜６ ０ ℃退火１２ｈ ； 最后在薄膜的两面真空蒸发金属铝作为电极。２． ２极化和测量极化采用传统的加热极化法。 为进行极化工艺研究， 实验将极化条件如极化温度、 极化时间、 极化电场强度等物理量设为变化量， 通过不同极化条件的对比来得到极化的规律， 使其可以指导Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 薄膜的极化实验。 实验时， 保持其它两个因素不变， 分别将极化温度Ｔ 、 极化时间｝、 极化电场强度Ｅ 逐渐增加， 得到ｄ 。 。与这些条件的相关关系图。， 基金项目： 国家高技术研究发展计划（ ８ ８ ３计划）资助项目（ ２０ ０ ４ Ａ Ａ ４ ０ ４ ２５０ ）Ｉ国家自然科学基金资助项目（ ６０ ４ ７ ４ ０ ５５）通讯作者： 胡友旺作者简介： 胡友旺（ １９ ８ １－ － ）， 男， 湖北太冶人． 博士研究生， 研究方向为集成微光机电系统（ Ｍ Ｏ Ｅ Ｍ Ｓ ）和Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 压电功能材料。收到稿件日期： ２０ ０ ６—０ ６—１０